70 kVp超低輻射劑量和低碘攝入量在低體質(zhì)量指數(shù)患者腹部CTA的可行性

劉義軍，劉愛連，方 鑫，劉靜紅，劉 磊，劉曉峰，袁 剛，浦仁旺

(大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連 116011)

70 kVp超低輻射劑量和低碘攝入量在低體質(zhì)量指數(shù)患者腹部CTA的可行性

劉義軍，劉愛連*，方 鑫，劉靜紅，劉 磊，劉曉峰，袁 剛，浦仁旺

(大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連 116011)

目的 探討70 kVp在低體質(zhì)量指數(shù)(BMI；BMI≤22 kg/m2)患者腹部CTA中降低輻射劑量和碘攝入量的可行性。方法 收集臨床擬診腹部血管疾病而行全腹部CTA檢查、BMI≤22kg/m2的患者48例，按管電壓和對(duì)比劑攝入量分為2組，A組27例，采用70 kVp(對(duì)比劑300 mgI/kg體質(zhì)量)；B組21例，采用120 kVp(對(duì)比劑500 mgI/kg體質(zhì)量)；其余參數(shù)兩組相同；對(duì)比劑均采用350 mgI/ml的碘海醇。2名觀察者分別以5分制對(duì)兩組右腎動(dòng)脈圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分，對(duì)評(píng)分行一致性檢驗(yàn)，比較兩組主觀評(píng)分差異性；測(cè)量A、B組的腹主動(dòng)脈、腹腔干、腸系膜上動(dòng)脈、肝總動(dòng)脈、脾動(dòng)脈的CT值及同層面豎脊肌的CT值和SD值(噪聲)。比較兩組上述動(dòng)脈CT值、腹主動(dòng)脈SNR和CNR；比較兩組容積CT劑量指數(shù)(CTDIvol)和劑量長(zhǎng)度乘積(DLP)及患者總攝碘量。結(jié)果 2名觀察者對(duì)兩組右腎動(dòng)脈圖像評(píng)分中位數(shù)均為5.00(1.00)分，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，一致性很好(Kappa=0.932、0.911)；A組腹主動(dòng)脈、腹腔干、腸系膜上動(dòng)脈、肝總動(dòng)脈、脾動(dòng)脈的CT值均高于B組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)；A組腹主動(dòng)脈SNR、CNR均高于B組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；A、B組CTDIvol和DLP的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，A組CTDIvol較B組降低73.36%、DLP降低74.41%；A、B組患者總碘攝入量分別為(46.33±6.43)ml、(84.31±10.71)ml，A組較B組每例患者總碘攝入量降低45.05%。結(jié)論 針對(duì)BMI≤22 kg/m2患者，采用70 kVp低管電壓行腹部CTA掃描，可顯著提高腹主動(dòng)脈及其分支的圖像CNR和SNR，同時(shí)明顯降低輻射劑量及患者攝入總碘量，具有很好的臨床推廣價(jià)值。

管電壓；基于多模型的自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建；體質(zhì)量指數(shù)；體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)

目前CTA以其高質(zhì)量的血管成像被廣泛應(yīng)用于臨床血管性病變的篩查及診斷，大大提高了血管性病變的檢出率及診斷準(zhǔn)確率。對(duì)主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈、腸系膜動(dòng)脈疾病的診斷，腹部CTA已經(jīng)成為常規(guī)檢查[1-2]。但由于全腹CTA的輻射劑量和對(duì)比劑攝入量均較高，亦引起業(yè)界的廣泛關(guān)注，目前腹部“雙低”CTA的研究較多，但針對(duì)低體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)人群，采用70 kVp管電壓進(jìn)行個(gè)體化“雙低”腹部CTA的研究鮮見報(bào)道。在前期研究[3]的基礎(chǔ)上，本研究采用Revolution CT的70 kVp管電壓、基于多模型的自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction Veo, ASiR-V)算法聯(lián)合低碘攝入量，探討對(duì)BMI≤22 kg/m2患者行全腹CTA的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2015年9月—2016年3月間因臨床疑似腹部血管疾病于我院接受全腹CTA掃描患者48例，其中男29例，女19例，年齡23～85歲，平均(58.3±15.2)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①BMI≤22 kg/m2；②無(wú)對(duì)比劑使用禁忌證；③既往心、肺功能正常，無(wú)重癥高血壓、糖尿病等嚴(yán)重器質(zhì)性病變及影響腹部血流狀況的疾病。按照就診時(shí)間、管電壓和對(duì)比劑攝入量將患者分為A組和B組：A組，2015年9月—2016年12月就診，共27例，男17例，女10例，平均年齡(56.6±13.9)歲，BMI為(19.16±1.32)kg/m2，管電壓70 kVp；B組，2016年1月—2016年3月就診，共21例，男12例，女9例，平均年齡(59.6±16.2)歲，BMI為(19.42±1.16)kg/m2，管電壓120 kVp。本研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 患者檢查前3天禁服含重金屬的藥物，當(dāng)天禁食水6～12 h。檢查前15～30 min飲清水800～1 000 ml，檢查時(shí)(掃描前)再服200～300 ml。采用GE Revolution CT機(jī)，螺旋式掃描，掃描范圍自膈肌上緣至恥骨聯(lián)合下緣。掃描參數(shù)：采用高分辨(high definition， HD)掃描模式，50%ASiR-V重建算法，自動(dòng)管電流，自動(dòng)生成噪聲指數(shù)(noise index, NI)，球管轉(zhuǎn)速0.5 s/rot，螺距0.992，掃描野Large，探測(cè)器寬度80 mm，層厚及層間距均為1.25 mm，重建算法Stnd，矩陣512×512。對(duì)比劑為碘海醇(350 mgI/ml)，采用Ulrich雙通道高壓注射器經(jīng)肘正中靜脈注射，A組對(duì)比劑攝入量300 mgI/kg體質(zhì)量，速率4.0 ml/s；B組對(duì)比劑攝入量500 mgI/kg體質(zhì)量，速率5.0 ml/s；后再以相同速率團(tuán)注生理鹽水40 ml。掃描時(shí)采用人工智能觸發(fā)掃描，將膈頂水平腹主動(dòng)脈作為監(jiān)測(cè)層面，觸發(fā)閾值為220 HU，注射對(duì)比劑10 s后開始監(jiān)測(cè)，當(dāng)靶血管CT監(jiān)測(cè)值達(dá)觸發(fā)閾值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)掃描，啟動(dòng)時(shí)間5.9 s。

1.3 圖像重建和評(píng)價(jià) 采用AW 4.6后處理工作站，以VR、MIP等方法顯示腹主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈、腸系膜上動(dòng)脈、肝總動(dòng)脈、脾動(dòng)脈至其遠(yuǎn)端分支血管。

1.3.1 客觀評(píng)價(jià) 由2名影像診斷醫(yī)師(腹部CTA診斷經(jīng)驗(yàn)分別為10年和2年，分別為觀察者1和觀察者2)共同對(duì)CTA圖像進(jìn)行測(cè)量。分別在雙腎動(dòng)脈水平的腹主動(dòng)脈及其主要分支腹腔干、腸系膜上動(dòng)脈、肝總動(dòng)脈、脾動(dòng)脈起始部勾畫ROI(覆蓋血管截面70%～80%)。測(cè)量同層面右側(cè)豎脊肌CT值的SD作為背景噪聲。所選ROI避開密度不均勻區(qū)。上述相應(yīng)每個(gè)部位測(cè)量3次，取平均值。計(jì)算腹主動(dòng)脈SNR及CNR：SNR=腹主動(dòng)脈CT值/背景噪聲；CNR=(腹主動(dòng)脈CT值-豎脊肌CT值)/背景噪聲。

1.3.2 主觀評(píng)價(jià) 由以上2名觀察者分別對(duì)右腎動(dòng)脈進(jìn)行評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參照Sahani等[4]對(duì)腎動(dòng)脈重建圖像的5級(jí)評(píng)分法：5分，清晰顯示腎動(dòng)脈主干及1～4級(jí)分支，血管邊緣光滑，無(wú)呼吸運(yùn)動(dòng)偽影；4分，清晰顯示腎動(dòng)脈主干及1～3級(jí)分支，且3級(jí)分支≥5支，血管邊緣光滑，無(wú)呼吸運(yùn)動(dòng)偽影；3分，清晰顯示腎動(dòng)脈主干及l(fā)～3級(jí)分支，3級(jí)分支<5支，血管邊緣光滑，無(wú)呼吸運(yùn)動(dòng)偽影；2分，清晰顯示腎動(dòng)脈主干及1、2級(jí)分支，2級(jí)分支<4支，血管邊緣光滑，無(wú)呼吸運(yùn)動(dòng)偽影；1分，顯示腎動(dòng)脈主干及1級(jí)分支，血管邊緣模糊，有或無(wú)呼吸運(yùn)動(dòng)偽影。

1.4 輻射劑量及攝入對(duì)比劑總碘量 記錄容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index, CTDIvol)和劑量長(zhǎng)度乘積(dose-length product, DLP)，計(jì)算有效輻射劑量(effective dose, ED)：ED=k×DLP，k值為轉(zhuǎn)換系數(shù)，參考?xì)W盟委員會(huì)關(guān)于腹部CT的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南，k=0.015 mSv/(mGy·cm)[1]。記錄A、B組對(duì)比劑攝入量(ml)，A組=患者體質(zhì)量×300 mgI/kg/350 mgI/kg；B組=患者體質(zhì)量×500 mgI/kg/350 mgI/kg。

2 結(jié)果

兩組患者BMI差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-0.718，P=0.476)。

兩組腹主動(dòng)脈、腹腔干、肝總動(dòng)脈、脾動(dòng)脈、腸系膜上動(dòng)脈CT值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，A組明顯高于B組；兩組豎脊肌的CT值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表1。

兩組圖像背景噪聲差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。腹主動(dòng)脈的SNR、CNR比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，見表2。

2名觀察者對(duì)兩組右腎動(dòng)脈圖像的評(píng)分中位數(shù)均為5.00(1.00)分，所有腹主動(dòng)脈及分支均顯示清晰，血管邊緣銳利(圖1、2)，可滿足臨床診斷需要。2名觀察者對(duì)兩組右腎動(dòng)脈圖像質(zhì)量評(píng)分一致性很好(Kappa=0.932、0.911)，見表3。

兩組CTDIvol、DLP、ED及對(duì)比劑攝入量差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，見表4。A組較B組CTDIvol降低73.36%、DLP降低74.41%，對(duì)比劑攝入量降低45.05%。

3 討論

3.1 基于BMI個(gè)體化腹部CTA“雙低”技術(shù) 隨著CTA技術(shù)在腹部應(yīng)用的日益廣泛，輻射劑量及對(duì)比劑攝入量問(wèn)題也成為關(guān)注的重點(diǎn)。尤其對(duì)于慢性病患者，在治療過(guò)程中需進(jìn)行多次CTA檢查，累計(jì)的輻射劑量相應(yīng)增加[5]。根據(jù)輻射防護(hù)的最優(yōu)化原則，在滿足臨床診斷需求的前提下，應(yīng)根據(jù)患者體型或BMI值進(jìn)行掃描參數(shù)優(yōu)化，最大限度地降低輻射劑量。對(duì)于受檢者個(gè)體差異較大，特別是對(duì)較低BMI(≤22 kg/m2)患者的腹部CTA，采用常規(guī)120 kVp、自動(dòng)毫安技術(shù)及對(duì)比劑注射方案，在輻射劑量和對(duì)比劑攝入量方面均未達(dá)到“個(gè)體化”成像。應(yīng)根據(jù)BMI，采用相應(yīng)的管電壓結(jié)合迭代重建技術(shù)，進(jìn)行個(gè)體化成像。本研究中兩組除管電壓，其他掃描參數(shù)均相同，NI為設(shè)備根據(jù)定位像和ASiR-V的比率而給出的推薦值。

3.2 低kVp在“雙低”掃描中的應(yīng)用價(jià)值 在CTA中，降低管電壓可有效降低輻射劑量，kVp與輻射劑量的變化近似成平方關(guān)系，相比于其他線性降低輻射劑量的方法，采用較低管電壓降低輻射劑量的幅度更大[6]。且較低kVp可提高圖像的對(duì)比度，因?yàn)榈凸茈妷簳r(shí)更能接近碘的K緣(33.2 keV)，此時(shí)，碘的X線吸收主要以光電吸收為主[7]。所謂K緣是指碘在33.2 keV能量水平時(shí)其射線吸收系數(shù)(衰減系數(shù))顯示銳利的鋸齒形不連續(xù)性，分別在70 kVp和120 kVp能量下掃描，前者影像的碘密度比后者顯著增強(qiáng)[2]，使圖像對(duì)比度顯著增加。根據(jù)碘對(duì)X線的吸收特性，本研究使用每公斤體質(zhì)量含碘量(mgI)的規(guī)范化方法，與對(duì)比劑濃度無(wú)關(guān)。70 kVp時(shí)采用300 mgI/kg體質(zhì)量，120 kVp時(shí)根據(jù)既往常規(guī)腹部CTA對(duì)比劑總量采用1.5 ml/kg體質(zhì)量[8-9]，以350 mgI/ml換算獲得對(duì)比劑用量為525 mgI/kg體質(zhì)量，為計(jì)算方便，實(shí)際工作中采用相近值500 mgI/kg體質(zhì)量。本研究結(jié)果證實(shí)將腹部CTA檢查的管電壓由常規(guī)120 kVp降至70 kVp時(shí)，受檢者CTDIvol降低73.36%、DLP降低74.41%，對(duì)比劑攝入量降低45.05%，此外，A組圖像腹主動(dòng)脈及其各分支的CT值均高于B組，且圖像質(zhì)量均滿足臨床診斷要求[10]。

表1 2組血管及背景CT值比較

表2 2組背景噪聲及腹主動(dòng)脈的SNR、CNR比較

表3 2名觀察者對(duì)2組右腎動(dòng)脈的圖像質(zhì)量評(píng)分(例)

圖1 A組腹主動(dòng)脈及其分支VR (A)、MIP(B)圖像 腹主動(dòng)脈及其分支顯示清晰．血管邊緣銳利，4級(jí)分支顯示清晰，右腎動(dòng)脈圖像質(zhì)量評(píng)分5分 圖2 B組腹主動(dòng)脈及其分支VR (A)、MIP(B)圖像 腹主動(dòng)脈及其分支顯示清晰，血管邊緣銳利，4級(jí)分支顯示清晰，右腎動(dòng)脈圖像質(zhì)量評(píng)分5分

3.3 ASiR-V技術(shù)在低kVp成像中的價(jià)值 低管電壓技術(shù)在腹部“雙低”成像中具有顯著優(yōu)勢(shì)[11]，但由于光電子流量和能量的降低，可增加圖像噪聲和硬化偽影效應(yīng)[12]。雖然圖像噪聲可以通過(guò)增加管電流和曝光時(shí)間得到改善，在在更低管電壓時(shí)(低于80 kVp)，由于醫(yī)用X線高壓發(fā)生器的原因，增加管電流方案不可行[13]，且管電流的增加，對(duì)受檢者輻射劑量的降低并不明顯。低管電壓、低管電流會(huì)導(dǎo)致圖像噪聲太大，軟組織對(duì)比度進(jìn)一步降低，影響診斷的準(zhǔn)確性，因此，低管電壓技術(shù)，特別在腹部的應(yīng)用受到限制。本研究所采用的ASiR-V算法是介于ASiR和基于模型的迭代重建算法(model-based iterative reconstruction, MBIR)的處理模式，具有較ASiR更好的圖像質(zhì)量，較MBIR更短的圖像重建時(shí)間，可顯著降低圖像噪聲，提高CNR，增加空間分辨率，進(jìn)一步降低輻射劑量。本研究?jī)山M均采用50%ASiR-V，由于ASiR-V參與管電流調(diào)制，且與NI值相匹配，Revolution CT在ASiR-V一定時(shí)，會(huì)根據(jù)受檢者的體型自動(dòng)給出相應(yīng)的NI值，以達(dá)到輻射劑量最優(yōu)化，研究[14]發(fā)現(xiàn)ASiR-V與FBP相比，輻射劑量可降低82%，且圖像質(zhì)量保持不變，與本研究結(jié)果相一致。

表4 2組CTDIvol、DLP、ED及對(duì)比劑總碘攝入量比較

本研究的不足：因本研究旨在探討腹部動(dòng)脈血管成像，故未對(duì)實(shí)質(zhì)臟器及病灶的顯示情況進(jìn)一步評(píng)估。

針對(duì)BMI≤22 kg/m2的患者，采用70 kVp低管電壓結(jié)合ASiR-V技術(shù)行腹部CTA掃描，可顯著提高腹主動(dòng)脈及其分支的圖像對(duì)比度和信噪比，同時(shí)明顯降低輻射劑量及患者攝入總碘量，具有很好的臨床推廣價(jià)值。

[1] 魯觀春，楊有優(yōu).MSCTA對(duì)急性腸系膜上動(dòng)靜脈栓塞的診斷價(jià)值.中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合影像學(xué)雜志，2014，12(2)：130-132.

[2] No?l PB, K?hler T, Fingerle AA, et al. Evaluation of an iterative model-based reconstruction algorithm for low-tube-voltage (80 kVp) computed tomography angiography. J Med Imaging (Bellingham), 2014,1(3):033501.

[3] 劉義軍,劉愛連,浦仁旺,等.腹部能譜CT血管成像低濃度對(duì)比劑掃描方案的可行性.中華放射學(xué)雜志,2014,48(10):822-826.

[4] Sahani DV, Kalva SP, Hahn PF, et al. 16-MDCT angiography inliving kidney donors at various tube potentials： Impact on imagequality and radiation dose. AJR Am J Roentgenol, 2007,188(1):115-120．

[5] Nakayama Y, Awai K, Funama Y, et al. Abdominal CT with low tube voltage: Preliminary observations about radiationdose, contrast enhancement, image quality, and noise. Radiology, 2005,237(3):945-951.

[6] Niemann T, Henry S, Faivre JB, et al. Clinical evaluation of automatic tube voltage selection in chest CT angiography. Eur J Radiol, 2013,23(10):2643-2651.

[7] Marin D, Nelson RC, Schindera ST, et al. Low-tube-voltage, high-tube-current multidetector abdominal CT: Improved image quality and decreased radiation dose with adaptive statistical iterative reconstruction algorithm—initial clinical experience. Radiology, 2010,254(1):145-153.

[8] He J, Wang Q, Ma X, et al. Dual-energy CT angiography of abdomen with routine concentration contrast agent in comparison with conventional single-energy CT with high concentration contrast agent. Eur J Radiol, 2015,84(2):221-227.

[9] Xin L, Yang X, Huang N, et al. The initial experience of the upper abdominal, CT angiography using low-concentration contrast medium on dual energy spectral CT. Abdom Imaging, 2015,40(7):2894-2899.

[10] 余潔,張翱,文兵,等.低劑量掃描與低濃度對(duì)比劑聯(lián)合迭代重建CTA在頸部血管模型中的應(yīng)用.中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2016,32(8):1272-1276.

[11] 劉靜紅,劉愛連,田士峰,等.低濃度對(duì)比劑結(jié)合能譜CT最佳單能量成像對(duì)膽囊動(dòng)脈的顯示能力.中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2014,30(7):1091-1094.

[12] Huda W. Dose and image quality in CT. Pediatr Radiol, 2002,32(10):709-713.

[13] Schindera ST, Nelson RC, Mukundan S Jr, et al. Hypervascular liver tumors: Low tube voltage, high tube current multi-detector row CT for enhanced detection—phantom study. Radiology, 2008,246(1):125-132.

[14] Lim K, Kwon H, Cho J, et al. Initial phantom study comparing image quality in computed tomography using adaptive statistical iterative reconstruction and new adaptive statistical iterative reconstruction v. J Comput Assist Tomogr, 2015,39(3):443-448.

Biodistribution and estimation of radiation-absorbed doses in humans for13N-ammonia PET/CT

ZHANGFangling1,YIChang1,YUDonglan2,ZHAOBinliang1,SHIXinchong1,ZHANGXiangsong1*

(1.DepartmentofMedicalImaging, 2.DepartmentofMedicalEquipment,theFirstAffiliatedHospital，SunYat-SenUniversity，Guangzhou510080，China)

Objective To evaluate the biodistribution and radiation-absorbed doses of main organs in healthy people with13N-ammonia. Methods Five healthy volunteers underwent whole-body PET and CT scans after injection of 666—814 MBq of13N-ammonia. The serial dynamic emission images of each healthy volunteer were acquired. ROI were drawn manually based on the transverse CT images and transferred to the corresponding PET slices. Radiation-absorbed doses were calculated using the medical internal radiation dosimetry (MIRD) method. Results The highest concentrations of13N-ammonia were found in the heart, liver and kidneys, followed by pancreas, brain, spleen and stomach. The organ of highest absorbed dose was heart with (7.14±3.63)×10-3mGy/MBq. The whole-body absorbed dose was (2.11±0.44)×10-3mGy/MBq. The whole-body effective dose was (6.58±1.23)×10-3mSv/MBq. Conclusion As one of the most important myocardial perfusion tracers, the whole-body13N-NH3·H2O PET appears to be safe for humans.

Positron-emission tomography； Radiation dosage； Healthy adult；13N-ammonia

劉義軍(1965—)，男，遼寧莊河人，碩士，教授。研究方向：CT影像技術(shù)。E-mail: yijunliu1965@126.com

劉愛連，大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，116011。E-mail: cjr.liuailian@vip.163.com

2016-09-18

2017-01-12

R814.42

A

1003-3289(2017)03-0473-05

10.13929/j.1003-3289.201606039